Законы пропорциональности центробежного насоса. Влияние частоты вращения рабочего колеса на производительность, на создаваемый им напор и на потребляемую мощность.
Ответ: Производительность ЦБН можно изменить, изменив частоту вращения вала рабочего колеса путем замены электродвигателя или редуктора.
Теоретическая производительность ЦБН равна
V=π*D*b*ψ*c2*sinα*η
Где D-диаметр рабочего колеса, b-ширина лопатки на выходе, ψ-коэф-т стеснения потока лопатками, c2-скорость потока на выходе с лопаток, α-технологический угол.
Пусть скорость потока при частоте вращения n’ равна c2’, а при n” - c2”
треугольники скоростей подобны. Учитывая ω’=2πn’, ω”= 2πn” получаем
следовательно, производительность насоса прямо пропорциональна частоте вращения. В случае напора имеем
напор, развиваемый насосом примерно пропорционален квадрату частоты вращения («примерно» - потому, что ηг меняется с изменением производительности). Аналогично для мощности
это тоже приближенное соотношение, т.к. ηн существенно меняется с увеличением оборотов.
16.Изложите принципы действия вертикальных и горизонтальных отстойников. Каким образом можно увеличить производительность вертикального отстойника непрерывного действия? Вывести формулу для производительности горизонтального отстойника непрерывного действия при известных скорости осаждения (Wc), начальной (а’) и конечной (а2) концентрациях суспензии , площади отстойника (S).
Ответ:Для разделения суспензий, содержащих сравнительно крупные частицы (часто-сотые доли миллиметра), в случае невысокой вязкости жидкости и не очень малой разности плотностей твердых частиц и жидкости применяется естественное осаждение-процесс осуществляется в поле сил тяжести под действием движущей силы, базирующейся на величине (ρт-ρ)g, т.е. на разности удельных(приходящихся на 1м3) сил – тяжести и выталкивающей (архимедовой).
Принцип действия: сперва сосуд-отстойник заполняют исходной суспензией и в результате процесса естественного осаждения происходит разделение этой суспензии спустя некоторое время на слой осветленной жидкости и осадок, которые затем выводятся из отстойника.
Отстойники бывают:
1)периодические(периодического действия)
2)непрерывные(непрерывного действия)
Другая классификация: 1)вертикальные отстойники 2)горизонтальные отстойники
Чтобы увеличить производительность вертикального отстойника непрерывного действия надо учесть тот факт, что у данных отстойников производительность не зависит от высоты отстойника, а определяется его поперечным сечением (площадью осаждения):
где V1=Vж
Vж -расход осветленной жидкости; w-рабочая скорость; S-поперечное сечение отстойника; wc-скорость стесненного осаждения.
Для того чтобы увеличить производительность вертикального отстойника непрерывного действия можно:
1) Увеличить поперечное сечение отстойника S
2) Увеличить рабочую скорость w,но при этом должно выполняться неравенство
Иначе поток подхватит и унесет твердые частицы и полного осветления не произойдет.
Вывод формулы для производительности горизонтального отстойника непрерывного действия:
Для вывода этой формулы воспользуемся схемой потоков в отстойнике непрерывного действия:
Где I-исходная суспензия; II-осветленная жидкость;III-осадок; К-контур
a’; a1; a2-концентрации твердого материала в исходной суспензии , в осветленной жидкости и в осадке.
V’,V1,V2-объемные производительности по собственно жидкости в исходной суспензии, в осветленной жидкости и в осадке.
Полагая, что пространственный контур К охватывает разделяющий аппарат (отстойник), запишем для единицы времени материальные балансы:
-по массовым жидкостным потокам:
ρ*V’- ρ*V1- ρ*V2=0
после сокращения наρ и преобразований получаем:
V’= V1+V2 (a)
-по потокам твердого материала:
ρ*V’*a’- ρ*V1* a1- ρ*V2*a2=0
откуда после сокращений и преобразований получаем:
V’*a’= V1* a1+V2*a2 (б)
Исключая из (б) величину V2 с помощью выражения (а) получаем:
V’*a’= V1* a1+(V’-V1)*a2
Отсюда
При рациональном проведении осаждения a1→0 в этом цель процесса, тогда последнее выражение можно упростить:
Для расчета горизонтального отстойника непрерывного действия начертим схемы аппарата и процесса.
Схема аппарата(Прямоугольный корпус отстойника) | Схема процесса: |
I-исходная суспензия;II-осветленная жидкость;III-осадок | где L-длина отстойника; ширина-b; высота-H |
-Площадь отстойника вычислим следующим образом:
S=Lb
-живое сечение потока, нормальное к направлению движения жидкости, f=bH.
По мере движения суспензии вдоль отстойника происходит постепенное осаждение твердых частиц. В результате в окрестности текущего сечения l<L существуют три зоны с более или менее четко очерченными границами: осветленная жидкость(сверху), осадок (внизу на дне отстойника) и неразделенная суспензия между ними.
Условие полного осветления задается путем сопоставления времени пребывания суспензии в отстойнике τпр и времени осаждения τ0, необходимого для осветления:
(в)
При этом знак равенства соответствует минимальному(для полученного осветления) времени пребывания жидкости в отстойнике
Выразим характерные продолжительности τпр и τ0 через соответствующие пути движения и скорости.
Очевидно
Где w-линейная скорость потока в направлении движения жидкости в отстойнике, она определяется из уравнения расхода V=w*f
Для горизонтального потока V1 осветленной жидкости при его живом сечении bH: V1=wbH. w=V1/bH, так что
При скорости осаждения wc время осаждения составит :
Подставим найденные значения τпр и τ0 в условие (в)
После сокращения на H имеем применительно к задаче эксплуатации
Для задачи проектирования:
Знаки равенства в этих выражениях отвечают максимальной производительности и минимальной площади отстойника, требуемой для полного осветления жидкости.
17. Назначение и принцип действия циклонов
Ответ:Промышленное производство часто имеет дело с газовзвесями (запыленными газами), несущими мелкие частицы размерами заметно менее 0,1 мм. В этом случае используется центробежное (инерционное) осаждение в аппаратах, называемых циклонами.
Обеспылевание газовзвесей в циклонах, т. е. отделение газа от пыли, производится в целях их последующего раздельного использования. В ряде производств запыленный газ получается в результате нежелательного уноса твердых частиц (например из пылящего ТМ; из псевдоожиженного слоя); в этом случае выделяемые с помощью циклона твердые частицы возвращаются в технологический аппарат.
Устройство и принцип работы циклона.
Исходный запыленный газ (поток I) подводится к циклону по циллиндрической трубе 4. с помощью переходного участка 5 канал изменяет форму на прямоугольную, и далее исходный газ поступает в циклон через прямоугольный патрубок 6 – с достаточно высокой скоростью и тангенциально. Высокая скорость (обычно на уровне 10 – 20 м/с) предотвращает выпадение твердых частиц из газового потока в подводящих к циклону каналах. Тангенциальная подача газа в циклон обеспечивает закручивание потока вокруг центральной цилиндрической трубы 3. Под действием возникающей при этом центробежной силы твердые частицы отбрасываются к стенкам циклона, а очищенный газ (поток II) уходит из циклона через патрубок 7. Твердые частицы, осевшие на стенках циклона, под действием уже силы тяжести (собственного веса) по пологому конусу 2 перемещаются к отводному патрубку 8 и выводятся из циклона.
18. Укажите два возможных варианта проведения процесса фильтрации. Что является движущей силой процесса фильтрации?
Ответ: Фильтрование - пропускание загрязненного потока через перегородку, проницаемую для несущей (сплошной) среды, но не пропускающую твердые частицы.
В результате неоднородная смесь разделяется на осветленную жидкость, называемую фильтратом, и влажный осадок твердого материала.
Процесс фильтрования основан на явлении фильтрации: течении жидкости (газа) через
пористые среды - зернистые слои, перегородки с мелкими каналами.
Фильтрование происходит под действием разности давлений . В общем случае к этой разности надо еще добавить гидростатическое давление жидкостного столба высотой h над перегородкой:
Движущая сила процесса фильтрования расходуется на преодоление гидравлических сопротивлений осадка и фильтрующей перегородки :
Процесс фильтрации проводится двумя основными способами.
1. Фильтрование при постоянной движущей силе ( =const).
2. Фильтрование при постоянной скорости фильтрации ( =const).
В основе расчета - основное уравнение фильтрования:
, где
W - скорость фильтрации,
F - полное сечение фильтрующей перегородки,
V - количество полученного фильтрата,
- фактор сопротивления осадка,
RП - фактор сопротивления перегородки.